性能化防火設計中的人員安全疏散研究

張振林

（青島市消防救援支隊， 山東 青島 266071）

根據相關統計資料顯示， 每年全球火災事故總數大約在600～700 萬起， 每年全球有超過6 萬人死于火災事故。 現階段， 火災事故已經成為影響社會經濟發展與群體生命安全的最主要公共事件之一，同時， 火災事故具有突發性強、 影響力大、 蔓延速度快等特點。 為從根本層面上降低火災事故對群體生命安全的影響， 應從核心方面入手， 對建筑進行多維度的性能化防火設計， 以提升建筑的人員安全疏散能力。

1 性能化防火設計中的人員安全疏散

1.1 明確防火設計中人員安全疏散基本條件

為確保建筑中人員在遇到火災時的人身安全，需要從建筑結構、 火災發展態勢和人員疏散行為3 個方面進行綜合分析[1]。 在防火設計中， 人員是否能夠安全撤離， 主要取決于兩個特征， 其一為當火勢發展到足以危及生命的時間T1， 其二為撤離到安全區所需要的時間T2。 針對T1， 可以按照下述兩個階段進行思考。 一是察覺前階段。 在建筑物內部的某個部位著火后， 人員可能無法及時察覺， 特別是在比較隱蔽的地方。 只有在火勢達到一定程度后才能夠被發現， 報警系統才會作出響應， 此時人員才能夠有所察覺[2]。 因此， T1應從火災報警發出信號的時刻開始算起。 二是察覺后階段。 這一階段是人員在聽到報警到所有人員全部安全疏散為止的時間[3]。要保證人員的安全撤離， 必須保證在火情達到危險狀態的時候， 所有人員的撤離時間都要少于事故發生的時間。 結合上述內容， 可確定安全疏散時間ASET 的計算公式為

式中： th為火災報警發出到對人員構成威脅的時間間隔； td為探測裝置給出報警的時間。 從起火開始到人員成功疏散的時間RSET 的計算公式為

式中： tb為從發生火災開始到人員察覺的時間； tc為人員疏散所需準備的時間； ts為所有人員達到安全區域的時間。 綜合論述得出， 為確保人員疏散安全， 需要保證的基本條件見圖1。

圖1 保證人員安全疏散的基本條件

結合圖1 可知， 只有當ASET 大于RSET 時，才能實現人員安全疏散。

1.2 判定火災煙氣危害及危險狀態

在明確人員安全疏散的基本條件后， 從高溫、遮光性和毒性3 個方面判定火災煙氣危害以及具體危險狀態。 在火災中， 人與熱物的接觸不再是重點， 火災對人體造成的危害主要來自火場環境以及熱輻射。 下述為人員能夠忍受的火場環境條件。

1） 在60 ℃環境中， 能夠忍受25 min。

2） 在120 ℃環境中， 能夠忍受15 min。

3） 在180 ℃環境中， 能夠忍受小于1 min。

4） 在輻射量小于2.5 kW/m2環境中， 能夠忍受300 s 左右。

5） 在輻射量為2.5 kW/m2環境中， 能夠忍受30 s 左右。

6） 在輻射量為10 kW/m2環境中， 能夠忍受3 s左右。

出火點的煙氣溫度可達到800 ℃以上， 且隨著燃點距離的增大而減小[4]。 但是， 在很多地區， 仍然可以保持很高的溫度， 這會導致人體的燒傷。 并且， 隨著時間的推移， 周圍的溫度也會越來越高，灼熱的來源， 就是火焰的輻射。 由于煙塵中存在著大量的固體粒子， 使得煙霧擴散在一定程度上受到了遮擋， 導致建筑內的能見度下降， 嚴重影響到疏散和撲救工作。

缺氧是一種由于組織中的氧供給不足或者用氧障礙， 從而引起組織的代謝、 功能以及形態結構異常改變的一種病理過程[5]。 燃燒是一種特殊的氧化反應， 在火災中， 建筑內部的氧氣含量會大幅度下降。 有資料顯示， 當氧氣含量下降到一定程度時，如果只考慮氧氣不足而忽略其他氣體的影響， 會對人體造成威脅。 基于上述論述， 實現對火災煙氣危害及危險狀態的判定。

1.3 制定性能化建筑疏散路線

一般情況下， 在發生火災時， 人們會從疏散樓梯到達安全地帶， 一些人在進入通道后會因為害怕煙氣而產生恐懼心理， 進而重新返回房間， 再從窗口或陽臺逃離， 圖2 為人員慣用的疏散路線示意圖。

圖2 人員慣用的疏散路線示意圖

針對上述現有疏散路線， 為了提升疏散性能，針對原有袋形走道進行優化， 這一結構是指只有一個安全出口的走廊。 針對這一走道難以逃生的問題， 對其長度加以限制。 在發生火災時， 電梯不能用于疏散人群， 只能通過密閉或者防煙的樓梯間進行疏散。 為了保證人身安全， 并考慮到火災中人的習慣， 可以把常見的路徑和緊急路徑連接起來， 以便人員在慌亂中尋找逃生通道。 在大樓的兩端， 設置兩個密閉的樓梯， 既能提供兩個疏散方向， 又能將電梯與密閉的樓梯連接起來， 確保火災中人員的安全撤離。

2 案例分析

2.1 設計對象的特點

設計對象為某公共建筑通道， 該建筑通道一側為餐飲區， 通道的長度×寬度×高度為20 m×6 m×3 m， 場地布局見圖3。

圖3 防火設計空間布局

對設計的防火空間場景進行描述： 通道一側的餐飲區， 餐飲區中設有煤氣灶、 櫥柜、 食材、 食用油等， 部分材料為區域內的可燃性材料。

2.2 空間防火設計目標

一旦通道一側的餐飲區發生火災事故， 要求建筑內部環境中的人員從露天平臺通過內部通道疏散到指定的安全區域。

2.3 防火保護裝置的布置

在該區域內布置防火保護裝置， 使用自動探測器進行建筑內火災警情的探測， 一旦反饋信息中出現預警信號， 將自動啟動聯動防火設施。

為確保防火設計可以達到預期效果， 應明確通道一側的餐飲區可燃物最大熱釋放功率， 見表1。

表1 通道一側的餐飲區可燃物最大熱釋放功率

2.4 人員安全疏散能力安全評估

對防火設計中不同事件的發生概率進行統計，通過此種方式評價人員安全疏散能力的安全評估，見第18 頁圖4。

圖4 人員安全疏散能力安全評估

對圖4 中的參數進行解釋， 見第18 頁表2。 防火設計有關事件及其發生概率見第18 頁表3。

表2 安全疏散中重要事件（T）

表3 防火設計有關事件及其發生概率（P）

2.5 安全疏散時間對比

根據上述描述的事件， 進行防火設計中人員安全疏散， 對比性能化防火設計前與防火設計后的人員安全疏散所需時間， 其對比結果見第18 頁表4。

表4 人員安全疏散所需時間對比

3 結論

1） 由表4 可知， 防火設計后的人員安全疏散所需時間更短， 說明設計的方法可行。

2） 當前， 我國大型公共建筑中的防火設計仍存在一些缺陷， 要實現對這些缺陷的規范化處理，應明確與之相關工作的實施并不是一蹴而就的， 也不是照搬的， 此項工作是一項復雜度較高的工作，需要將此項工作的實施立足于國情。 在后續階段的科研設計中， 可采用建立防火設計模型的方式， 進行不同防火設計方案下安全疏散的模擬， 進一步保障公共建筑空間的運營安全。